JP2005173127A - 液晶プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 投影レンズを小さくできるとともに、そのバックフォーカスを短く設定できる液晶プロジェクタを提供する。
【解決手段】 光学系を介して光源からの光をその３原色のそれぞれに分離し、その分離された光をそれぞれ各液晶表示パネルに反射させ、その反射光をプリズムによって合成し、その合成された光を第１のレンズを介して出射させるものであって、
前記プリズムの前記各反射光の入射面側に第２のレンズを配置させ、この第２のレンズ、前記プリズム、および前記第１のレンズを投影レンズ光学系として構成したことを特徴とする液晶プロジェクタ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶プロジェクタに係り、特に、カラー表示用のものであってその光学系の改良に関する。

このような液晶プロジェクタは、一の光源からの赤色（Ｒ）の光、緑色（Ｇ）の光、青色（Ｂ）の光を分離させ、それぞれの各光を赤色用の液晶表示パネル、緑色用の液晶表示パネル、青色用の液晶表示パネルに反射させ、この反射された各色の光を合成して照射するようになっている。

この場合、この液晶プロジェクタからの照射光は該液晶プロジェクタから離間されて配置されるスクリーン上に映像させるようになっている。

そして、従来、一の光源からの光を分離する手段として偏光ビームスプリッタ等を、各色を合成する手段としてダイクロイックプリズム等を用い、このダイクロイックプリズムからの光を投影レンズを通してスクリーン上に映像させるようにしたものである（下記特許文献参照）。

特開２００１−１７７４６７号公報 特開２００１−３１８４２６号公報

しかし、上述した構成からなる液晶プロジェクタは、それぞれの液晶表示パネルと投影レンズとの間に偏光ビームスプリッタおよびダイクロイックプリズムが配置される構成となっているため、いわゆる投影レンズのバックフォーカスを大きく設定せざるを得ず、該投影レンズを大きく形成しなければならないという不都合があった。

また、バックフォーカスが大きいため、液晶プロジェクタからスクリーンまでの距離も大きくせざるを得ず、たとえばリアプロジェクションテレビジョン等において、その薄型化を妨げる要因となっていた。

本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、投影レンズを小さくできるとともに、そのバックフォーカスを短く設定できる液晶プロジェクタを提供するにある。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

（１）
本発明による液晶プロジェクタは、たとえば、光学系を介して光源からの光をその３原色のそれぞれに分離し、その分離された光をそれぞれ各液晶表示パネルに反射させ、その反射光をプリズムによって合成し、その合成された光を第１のレンズを介して出射させるものであって、
前記プリズムの前記各反射光の入射面側に第２のレンズを配置させ、この第２のレンズ、前記プリズム、および前記第１のレンズを投影レンズ光学系として構成したことを特徴とする。

（２）
本発明による液晶プロジェクタは、たとえば、光学系を介して光源からの光をその３原色のそれぞれに分離し、その分離された光をそれぞれ各液晶表示パネルに反射させ、その反射光をプリズムによって合成し、その合成された光を第１のレンズを介して出射させるものであって、
前記光学系は、前記光源からの光のうち第１の光を反射させ第２および第３の光を透過させるミラーと、このミラーから反射された光を第１の液晶表示パネルに入射させるとともにその反射光を前記プリズムに導く第１の光学部品と、
前記ミラーを透過した光を第２の液晶表示パネルと第３の液晶表示パネルにそれぞれ入射させるとともに、それらの反射光を前記プリズムに導く第２の光学部品と、
前記第１の光学部品と前記プリズムとの間に配置された第２のレンズと、前記第２の光学部品と前記プリズムとの間に配置された第３のレンズとを備え、
前記第２のレンズ、前記第３のレンズ、前記プリズム、および前記第１のレンズを投影レンズ光学系として構成したことを特徴とする。

（３）
本発明による液晶プロジェクタは、たとえば、（２）の構成を前提に、前記第１の光学部品として偏光ビームスプリッタを用い、前記第２の光学部品として偏光ビームスプリッタを用い、前記プリズムとしてダイクロイックプリズムを用いたことを特徴とする。

（４）
本発明による液晶プロジェクタは、たとえば（２）の構成を前提に、前記第１の光学部品として偏光ビームスプリッタを用い、前記第２の光学部品として偏光ビームスプリッタを用い、前記プリズムとして偏光ビームスプリッタを用いたことを特徴とする。

（５）
本発明による液晶プロジェクタは、たとえば（２）の構成を前提に、前記第１の光学部品としてミラー構造のワイヤーグリッドタイプ偏光ビームスプリッタを用い、前記第２の光学部品としてミラー構造のワイヤーグリッドタイプ偏光ビームスプリッタを用い、前記プリズムとしてダイクロイックプリズムを用いたことを特徴とする。

（６）
本発明による液晶プロジェクタは、たとえば（２）の構成を前提に、前記第１の光学部品としてプリズム構造のワイヤーグリッドタイプ偏光ビームスプリッタを用い、前記第２の光学部品としてプリズム構造のワイヤーグリッドタイプ偏光ビームスプリッタを用い、前記プリズムとしてダイクロイックプリズムを用いたことを特徴とする。

（７）
本発明による液晶プロジェクタは、たとえば（２）の構成を前提に、前記第１の光学部品としてミラー構造のワイヤーグリッドタイプ偏光ビームスプリッタを用い、前記第２の光学部品としてミラー構造のワイヤーグリッドタイプ偏光ビームスプリッタを用い、前記プリズムとしてプリズム構造のワイヤーグリッドタイプ偏光ビームスプリッタを用いたことを特徴とする。

（８）
本発明による液晶プロジェクタは、たとえば（２）の構成を前提に、前記第１の光学部品としてプリズム構造のワイヤーグリッドタイプ偏光ビームスプリッタを用い、前記第２の光学部品としてプリズム構造のワイヤーグリッドタイプ偏光ビームスプリッタを用い、前記プリズムとしてプリズム構造のワイヤーグリッドタイプ偏光ビームスプリッタを用いたことを特徴とする。

なお、本発明は以上の構成に限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

以下、本発明による液晶プロジェクタの一実施例を図面を用いて説明をする。

図１は、本発明による液晶プロジェクタの一実施例をその光路をも示して表した構成図である。
図１において、光源１があり、この光源１の図中（＋）ｘ方向側には照明光学系２を介してダイクロイックミラー３が配置されている。このダイクロイックミラー３のミラー面は図中ｘ方向に対して４５°の角度を有して配置されている。

該ダイクロイックミラー３の図中ｙ方向側に隣接されて、第１の偏光ビームスプリッタ４がその反射面をｘ方向に対して（−）４５°の角度にして配置されている。
第１の偏光ビームスプリッタ４の（−）ｘ方向側にはそれに隣接されて青色用の液晶表示パネルＤＢが配置されている。

ここで、この液晶表示パネルＤＢは、液晶を介して対向配置された一対の基板を外囲器とし、該液晶の広がり方向にマトリクス状に配置された多数の画素が形成されて構成されている。これら各画素は外部からの画素信号に基づいて当該画素の液晶の光透過率が制御されるようになっている。また、一対のうち一方の基板は透明基板、他方の基板は半導体基板から構成され、該半導体基板の液晶側の面には微細な電子回路が組み込まれている。そして、この液晶表示パネルＤＢは反射型と称されるもので、前記半導体基板の液晶側の面の各画素に電極を兼ねる反射膜が形成され、外部からの光はこの反射膜によって反射され再び外部に出射されるように構成されている。

前記ダイクロイックミラー３の図中ｘ方向側に隣接されて、第２の偏光ビームスプリッタ９がその反射面をｘ方向に対して（−）４５°の角度にして配置されている。

該第２の偏光ビームスプリッタ９に隣接して、前記ダイクロイックミラー３側には第１の位相差板６、図中（−）ｙ方向側には緑色用の液晶表示パネルＤＧ、図中ｘ方向側には赤色用の液晶表示パネルＤＲが配置されている。

これら緑色用の液晶表示パネルＤＧ、赤色用の液晶表示パネルＤＲは、そのいずれも前記青色の液晶表示パネルＤＢと同じ構成からなり、同じように駆動されて同一の映像が表示されるようになっている。

該第２の偏光ビームスプリッタ９の図中（＋）ｙ方向側にはダイクロイックプリズム５がその反射面をｘ方向に対して４５°の角度にして配置されている。

第２の偏光ビームスプリッタ９とダイクロイックプリズム５との間には第２の位相差板１０が配置されている。また、該第２の位相差板１０とダイクロイックプリズム５との間にはレンズ２０が配置されている。

また、第１の偏光ビームスプリッタ４とダイクロイックプリズム５との間にはレンズ３０が配置されている。
そして、ダイクロイックプリズム５の図中ｙ方向側には投影レンズ７が配置されている。

ここで、前記レンズ２０、レンズ３０、ダイクロイックプリズム５、および投影レンズ７は投影レンズ光学系（図中点線枠で囲まれる部分）として構成されるようになっている。この投影レンズ光学系は、第１の偏光ビームスプリッタ４等の他の光学特性と独立した光学系として把握できるもので、その効果については後述する。

このような光学系を有する液晶プロジェクタにおいて、光源１からの光は照明光学系２に照射されてコリメートされ、分布が均一化されたいわゆるＳ偏光を形成するようになる。

そして、該照明光学系２からの光はダイクロイックミラー３に照射され、このうちの青色ＬＢの光が反射されて９０°方向に光路が変換され、他の色の光が透過される。

光路が変換された青色の光ＬＢは第１の偏光ビームスプリッタ４に入射され、ここで９０°方向に光路が変化され、青色用の液晶表示パネルＤＢに入射される。

青色用の液晶表示パネルＤＢからの反射光は前記第１の偏光ビームスプリッタ４を透過し、さらにレンズ３０を透過した後にダイクロイックプリズム５に入射される。

このダイクロイックプリズム５は、青色の光ＬＢを９０°方向に光路を変換させ赤色および緑色の光を透過させるように構成されている。

このため、ダイクロイックプリズム５に入射された青色の光ＬＢは該ダイクロイックプリズム５によって投影レンズ７に導かれ、出射光として液晶プロジェクタから出射される。

この液晶プロジェクタから出射された青色の光ＬＢは該液晶プロジェクタから離間されて配置されているスクリーン８の面に投影される。

また、前記ダイクロイックミラー３を透過した黄色の光は第１の位相差板６を透過するようになっており、この第１の位相差板６によって緑色の光ＬＧと赤色の光ＬＲに分離されるようになっている。

すなわち、該第１の位相差板６は赤色の波長域の光のみその偏光方向を９０°回転させるようにして構成されている。

赤色の光は第２の偏光ビームスプリッタ９に入射され、この第２の偏光ビームスプリッタ９をそのまま透過し、赤色用の液晶表示パネルＤＲに入射した後反射されて再び該第２の偏光ビームスプリッタ９に入射される。

液晶表示パネルＤＲの液晶によって変調された赤色の光は該第２の偏光ビームスプリッタ９によって９０°の方向に光路が変換され、さらに、第２の位相差板１０によって偏光方向を９０°回転させられ、レンズ２０を透過し、さらにダイクロイックプリズム５をそのまま透過する。

ダイクロイックプリズム５を透過する赤色の光は前述の青色の光と合成され、投影レンズ７を介してスクリーン８に投影される。

第１の位相差板６をそのまま透過した緑色の光ＬＧは前記第２の偏光ビームスプリッタ９によって９０°の方向に変換され、緑色用の液晶表示パネルＤＧに入射した後に反射して再び第２の偏光ビームスプリッタ９に入射する。

緑色用の液晶表示パネルＤＧに反射された緑色の光は該液晶表示パネルＤＧによって変調された光となり、そのまま、前記第２の偏光ビームスプリッタ９、第２の位相差板１０、レンズ２０、およびダイクロイックプリズム５を透過する。

該ダイクロイックプリズム５を透過する緑色の光は前述の青色の光、赤色の光と合成され、投影レンズ７を介してスクリーン８に投影される。

このように構成した液晶プロジェクタは、青色の光が透過する第１レンズ、ダイクロイックプリズム５、および投影レンズ７、あるいは緑色および赤色の光が透過する第２レンズ、ダイクロイックプリズム５，および投影レンズ７を他の光学部品と独立して構成できる光学系、すなわち投影レンズ光学系Ａとして把握することができることは上述した通りである。

図２（ａ）は、たとえば緑色用の液晶表示パネルＤＧからの光が第２偏光ビームスプリッタ９を介して前記投影レンズ光学系Ａを通してスクリーン８上に投影される光路を示した図である。この場合の投影レンズ光学系Ａは等価的に１個のレンズとして示しているが、実際は上述したように、第２レンズ、ダイクロイックプリズム５，および投影レンズ７から構成されている。

比較のために、図２（ａ）と対応する図であって、第２レンズ（図示されていない第１レンズも含む）を介在させていない構成における光路を示す図を図２（ｂ）に示している。

図２（ａ）の場合、投影レンズ光学系Ａと緑色の液晶表示パネルＤＧとの間に第２の偏光ビームスプリッタ９が介在され、ダイクロイックプリズム５が介在されていない構成となる。該ダイクロイックプリズム５は上述したよう投影レンズ光学系Ａの部品として構成されるからである。このことは、投影レンズ光学系Ａのバックフォーカスの距離ＢＦは第２の偏光ビームスプリッタ９の幅に近似する値に設定できることを意味する。

これに対し、図２（ｂ）の場合、投影レンズ７と緑色の液晶表示パネルＤＧとの間には第２の偏光ビームスプリッタ９とダイクロイックプリズム５が介在される構成となり、投影レンズ７のバックフォーカスの距離ＢＦ’は第２の偏光ビームスプリッタ９とダイクロイックプリズム５の幅に近似する値となり、図２（ａ）の場合よりも大きく設定せざるを得なくなる。

このように、本実施例の構成において、投影レンズ光学系Ａのバックフォーカスの距離を小さくでき、このことは投影レンズ光学系Ａのレンズの大きさを小さくすることができる効果を有する。また、投影レンズ光学系Ａの拡大率が大きくなることから、スクリーン８の大きさが同じなら、投影レンズ光学系Ａとスクリーン８までの投射距離ＰＦも短くできる効果を奏する。ことのことは、たとえばリアプロジェクションテレビジョンの場合にてその装置の薄型化を達成することができるようになる。

なお、図１に示す構成において、第１の偏光ビームスプリッタ４、第２の偏光ビームスプリッタ９、ダイクロイックプリズム５の光学部材が用いられたものであるが、これらの光学部材として、他にワイヤーグリッドタイプＰＢＳ（ミラー構造）、ワイヤーグリッドタイプＰＢＳ（プリズム構造）を置き換えて用いることができ、この場合においても同様の効果を奏するようになる。
なお、ここで、それぞれの光学部材の構成および機能は下記の通りである。

偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarizing Beam Splitter）；
プリズム構造からなり、その分離面は多層膜で構成されている。Ｓ偏光を反射しＰ偏光を透過させる機能を有する。その偏光分離効率は入射角依存性が強く、入射角が広くなると偏光分離効率が悪くなる。また、斜め光に対し、偏光が回転する現象がある。

ダイクロイックプリズム；
プリズム構造からなり、その分離面は多層膜で構成されている。特定の波長域の光を反射し、その他の波長域の光を透過する機能を有する。

ワイヤーグリッドタイプＰＢＳ（ミラー）；
平板からなるミラー構造で、その分離面はアルミ蒸着膜をワイヤー上にパターニングして形成されている。Ｓ偏光を反射しＰ偏光を透過させる機能を有する。その偏光分離効率は入射角依存性が小さく、斜め光に対し偏光が回転する現象が見られない。

ワイヤーグリッドタイプＰＢＳ（プリズム）；
プリズム構造からなり、上記ワイヤーグリッドタイプＰＢＳ（ミラー）とほぼ同じ機能を有するが、液晶表示パネルと投影レンズとの間に平板ガラスが斜めに入っていると収差が発生することから、プリズム構造としている。

これらの光学部品の種々の組み合わせの態様としてたとえば図３の表に示している。この表において、部品１は図１において第２の偏光ビームスプリッタ９に相当する部品、部品２は第１の偏光ビームスプリッタ４に相当する部品、部品３はダイクロイックプリズム５に相当する部品を示している。

図３の表に示すように、まず第１の組み合わせとして、部品１として偏光ビームスプリッタを用い、部品２として偏光ビームスプリッタを用い、部品３として偏光ビームスプリッタを用いた。この場合、液晶表示パネルからの出射光が部品３としての偏光ビームスプリッタを２度通る構成となり、それにより、偏光度が向上し光学系のコントラスト比が増大する効果を奏する。

また、第２の組み合わせとして、部品１としてワイヤーグリッドタイプＰＢＳ（ミラー）を用い、部品２としてワイヤーグリッドタイプＰＢＳ（ミラー）を用い、部品３としてダイクロイックプリズムを用いた。この場合、部品１および部品２としていずれもワイヤーグリッドタイプＰＢＳ（ミラー）を用いていることから、光学系のコントラスト比が増大する効果を奏する。

第３の組み合わせとして、部品１としてワイヤーグリッドタイプＰＢＳ（プリズム）を用い、部品２としてワイヤーグリッドタイプＰＢＳ（プリズム）を用い、部品３としてダイクロイックプリズムを用いた。この場合、部品１および部品２としていずれもワイヤーグリッドタイプＰＢＳ（プリズム）を用いていることから、光学系のコントラスト比が増大し、第２の組み合わせと比較して非点収差がなくなるという効果を奏する。

第４の組み合わせとして、部品１としてワイヤーグリッドタイプＰＢＳ（ミラー）を用い、部品２としてワイヤーグリッドタイプＰＢＳ（ミラー）を用い、部品３としてワイヤーグリッドタイプＰＢＳ（プリズム）を用いた。この場合、部品３としてワイヤーグリッドタイプＰＢＳ（プリズム）を用いていることから、偏光度が向上し、光学系のコントラスト比が向上する効果を奏する。

第５の組み合わせとして、部品１としてワイヤーグリッドタイプＰＢＳ（プリズム）を用い、部品２としてワイヤーグリッドタイプＰＢＳ（プリズム）を用い、部品３としてワイヤーグリッドタイプＰＢＳ（プリズム）を用いた。この場合、光学系のコントラスト比が増大し、第４の組み合わせと比較して非点収差がなくなるという効果を奏する。

上述した各実施例はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施例での効果を単独であるいは相乗して奏することができるからである。

本発明による液晶プロジェクタの一実施例を示す構成図である。 本発明による液晶プロジェクタの効果を示す説明図である。 本発明による液晶プロジェクタに用いられる各光学部品の組み合わせを示した表である。

符号の説明

１…光源、２…照明光学系、３…ダイクロイックミラー、４…第１の偏光ビームスプリッタ、５…ダイクロイックプリズム、６…第１の位相差板、７…投影レンズ、８…スクリーン、９…第２の偏光ビームスプリッタ、１０…第２の位相差板、ＤＧ…緑色用の液晶表示パネル、ＤＢ…青色用の液晶表示パネル、ＤＲ…赤色用の液晶表示パネル、２０、３０…レンズ、Ａ…投影レンズ光学系

Claims (8)

1. 光学系を介して光源からの光をその３原色のそれぞれに分離し、その分離された光をそれぞれ各液晶表示パネルに反射させ、その反射光をプリズムによって合成し、その合成された光を第１のレンズを介して出射させるものであって、
   前記プリズムの前記各反射光の入射面側に第２のレンズを配置させ、この第２のレンズ、前記プリズム、および前記第１のレンズを投影レンズ光学系として構成したことを特徴とする液晶プロジェクタ。
2. 光学系を介して光源からの光をその３原色のそれぞれに分離し、その分離された光をそれぞれ各液晶表示パネルに反射させ、その反射光をプリズムによって合成し、その合成された光を第１のレンズを介して出射させるものであって、
   前記光学系は、前記光源からの光のうち第１の光を反射させ第２および第３の光を透過させるミラーと、このミラーから反射された光を第１の液晶表示パネルに入射させるとともにその反射光を前記プリズムに導く第１の光学部品と、
   前記ミラーを透過した光を第２の液晶表示パネルと第３の液晶表示パネルにそれぞれ入射させるとともに、それらの反射光を前記プリズムに導く第２の光学部品と、
   前記第１の光学部品と前記プリズムとの間に配置された第２のレンズと、前記第２の光学部品と前記プリズムとの間に配置された第３のレンズとを備え、
   前記第２のレンズ、前記第３のレンズ、前記プリズム、および前記第１のレンズを投影レンズ光学系として構成したことを特徴とする液晶プロジェクタ。
3. 前記第１の光学部品として偏光ビームスプリッタを用い、前記第２の光学部品として偏光ビームスプリッタを用い、前記プリズムとしてダイクロイックプリズムを用いたことを特徴とする請求項２に記載の液晶プロジェクタ。
4. 前記第１の光学部品として偏光ビームスプリッタを用い、前記第２の光学部品として偏光ビームスプリッタを用い、前記プリズムとして偏光ビームスプリッタを用いたことを特徴とする請求項２に記載の液晶プロジェクタ。
5. 前記第１の光学部品としてミラー構造のワイヤーグリッドタイプ偏光ビームスプリッタを用い、前記第２の光学部品としてミラー構造のワイヤーグリッドタイプ偏光ビームスプリッタを用い、前記プリズムとしてダイクロイックプリズムを用いたことを特徴とする請求項２に記載の液晶プロジェクタ。
6. 前記第１の光学部品としてプリズム構造のワイヤーグリッドタイプ偏光ビームスプリッタを用い、前記第２の光学部品としてプリズム構造のワイヤーグリッドタイプ偏光ビームスプリッタを用い、前記プリズムとしてダイクロイックプリズムを用いたことを特徴とする請求項２に記載の液晶プロジェクタ。
7. 前記第１の光学部品としてミラー構造のワイヤーグリッドタイプ偏光ビームスプリッタを用い、前記第２の光学部品としてミラー構造のワイヤーグリッドタイプ偏光ビームスプリッタを用い、前記プリズムとしてプリズム構造のワイヤーグリッドタイプ偏光ビームスプリッタを用いたことを特徴とする請求項２に記載の液晶プロジェクタ。
8. 前記第１の光学部品としてプリズム構造のワイヤーグリッドタイプ偏光ビームスプリッタを用い、前記第２の光学部品としてプリズム構造のワイヤーグリッドタイプ偏光ビームスプリッタを用い、前記プリズムとしてプリズム構造のワイヤーグリッドタイプ偏光ビームスプリッタを用いたことを特徴とする請求項２に記載の液晶プロジェクタ。

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